JP7347454B2 - Negative electrode active material layer - Google Patents

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Description

本開示は、全固体電池に用いられる負極活物質層に関する。 The present disclosure relates to a negative electrode active material layer used in an all-solid-state battery.

全固体電池は、正極活物質層および負極活物質層の間に固体電解質層を有する電池であり、可燃性の有機溶媒を含む電解液を有する液系電池に比べて、安全装置の簡素化が図りやすいという利点を有する。 All-solid-state batteries are batteries that have a solid electrolyte layer between a positive electrode active material layer and a negative electrode active material layer, and have simpler safety devices than liquid-based batteries that have an electrolyte containing a flammable organic solvent. It has the advantage of being easy to measure.

負極活物質として、チタン酸リチウムが知られている。例えば特許文献1には、正極または負極にチタン酸リチウム焼結体を使用した全固体電池が開示されている。また、特許文献2には、第1層および第2層を含む負極活物質層を備え、第2層がチタン酸リチウムを含有する全固体電池が開示されている。また、全固体電池に関する技術ではないものの、特許文献3には、負極活物質層がチタン含有酸化物を含有する電極群が開示されている。 Lithium titanate is known as a negative electrode active material. For example, Patent Document 1 discloses an all-solid-state battery using a lithium titanate sintered body for the positive electrode or the negative electrode. Furthermore, Patent Document 2 discloses an all-solid-state battery including a negative electrode active material layer including a first layer and a second layer, the second layer containing lithium titanate. Further, although the technology is not related to all-solid-state batteries, Patent Document 3 discloses an electrode group in which the negative electrode active material layer contains a titanium-containing oxide.

特開2015-185337号公報Japanese Patent Application Publication No. 2015-185337 特開2020-174004号公報Japanese Patent Application Publication No. 2020-174004 特開2019-053946号公報JP2019-053946A

チタン酸リチウムは、後述するように、充放電曲線においてプラトー領域が占める割合が多い。そのため、負極活物質としてチタン酸リチウムを用いると、負極活物質層の厚さ方向において電極反応が偏りやすく、その結果、抵抗が高くなりやすい。 In lithium titanate, as will be described later, the plateau region occupies a large proportion of the charge/discharge curve. Therefore, when lithium titanate is used as the negative electrode active material, the electrode reaction tends to be biased in the thickness direction of the negative electrode active material layer, and as a result, the resistance tends to increase.

本開示は、上記実情に鑑みてなされたものであり、抵抗が低い負極活物質層を提供することを主目的とする。 The present disclosure has been made in view of the above circumstances, and its main purpose is to provide a negative electrode active material layer with low resistance.

上記課題を解決するために、本開示においては、全固体電池に用いられる負極活物質層であって、第1負極活物質および第2負極活物質を含有し、上記第1負極活物質は、チタン酸リチウムであり、上記第2負極活物質は、1.0V(vsLi/Li)以上2.0V(vsLi/Li)以下の電位における放電容量を100%放電容量とし、上記100%放電容量における0%以上50%以下の容量における平均電位をPとし、上記100%放電容量における50%以上100%以下の容量における平均電位をPとした場合に、上記Pと上記Pとの差が0.1V以上であり、上記第1負極活物質および上記第2負極活物質の合計に対する上記第1負極活物質の割合が、40体積%以上である、負極活物質層を提供する。 In order to solve the above problems, in the present disclosure, a negative electrode active material layer used in an all-solid-state battery includes a first negative electrode active material and a second negative electrode active material, and the first negative electrode active material is The second negative electrode active material is lithium titanate, and the discharge capacity at a potential of 1.0V (vsLi + /Li) or more and 2.0V (vsLi + /Li) or less is 100% discharge capacity, and the 100% discharge capacity is 100% discharge capacity. If the average potential at the capacity of 0% or more and 50% or less of the capacity is P1 , and the average potential at the capacity of 50% or more and 100% or less of the 100% discharge capacity is P2, then the above P 2 and the above P 1 Provided is a negative electrode active material layer, wherein the difference between the negative electrode active material and do.

本開示によれば、チタン酸リチウムである第1負極活物質とともに、特定の第2負極活物質を用い、さらに、第1負極活物質の割合が所定の値以上であることから、抵抗が低い負極活物質層とすることができる。 According to the present disclosure, a specific second negative electrode active material is used together with the first negative electrode active material which is lithium titanate, and furthermore, since the proportion of the first negative electrode active material is at least a predetermined value, the resistance is low. It can be used as a negative electrode active material layer.

上記開示において、上記第2負極活物質は、1.4V(vsLi/Li)以上2.0V(vsLi/Li)以下の電位における放電容量が100mAh/g以上であってもよい。 In the above disclosure, the second negative electrode active material may have a discharge capacity of 100 mAh/g or more at a potential of 1.4 V (vsLi + /Li) or more and 2.0 V (vsLi + /Li) or less.

上記開示においては、上記第2負極活物質が、ニオブチタン酸化物およびニオブタングステン酸化物の少なくとも一方であってもよい。 In the above disclosure, the second negative electrode active material may be at least one of niobium titanium oxide and niobium tungsten oxide.

上記開示においては、上記第1負極活物質および上記第2負極活物質の合計に対する上記第1負極活物質の割合が、90体積%以下であってもよい。 In the above disclosure, the ratio of the first negative electrode active material to the total of the first negative electrode active material and the second negative electrode active material may be 90% by volume or less.

また、本開示においては、正極活物質層と、負極活物質層と、上記正極活物質層および上記負極活物質層の間に配置された固体電解質層と、を有する全固体電池であって、上記負極活物質層が、上述した負極活物質層である、全固体電池を提供する。 The present disclosure also provides an all-solid-state battery including a positive electrode active material layer, a negative electrode active material layer, and a solid electrolyte layer disposed between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer, The present invention provides an all-solid-state battery in which the negative electrode active material layer is the negative electrode active material layer described above.

本開示によれば、上述した負極活物質層を有することから、抵抗が低い全固体電池とすることができる。 According to the present disclosure, since it has the above-described negative electrode active material layer, it is possible to provide an all-solid-state battery with low resistance.

本開示においては、抵抗が低い負極活物質層を提供できるという効果を奏する。 The present disclosure has the advantage of being able to provide a negative electrode active material layer with low resistance.

作用極にLTOを用い、対極にLi箔を用いたハーフセルの充放電曲線である。This is a charge/discharge curve of a half cell using LTO as a working electrode and Li foil as a counter electrode. LTOを含有する負極活物質層の充電状態による状態変化を示す概略断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a state change depending on the charging state of a negative electrode active material layer containing LTO. 作用極にTNOを用い、対極にLi箔を用いたハーフセルの充放電曲線である。This is a charge/discharge curve of a half cell using TNO for the working electrode and Li foil for the counter electrode. 本開示における全固体電池を例示する概略断面図である。1 is a schematic cross-sectional view illustrating an all-solid-state battery according to the present disclosure. 実施例1~4および比較例1~3で得られた全固体電池に対する抵抗測定の結果である。These are the results of resistance measurements for all solid-state batteries obtained in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 3.

以下、本開示における負極活物質層および全固体電池について、詳細に説明する。 Hereinafter, the negative electrode active material layer and the all-solid-state battery in the present disclosure will be described in detail.

A.負極活物質層
本開示における負極活物質層は、全固体電池に用いられ、第1負極活物質および第2負極活物質を含有する。また、負極活物質層は、第1負極活物質および第2負極活物質を含有する。第1負極活物質は、チタン酸リチウムである。第2負極活物質は、1.0V(vsLi/Li)以上2.0V(vsLi/Li)以下における放電容量を100%放電容量とし、100%放電容量における0%以上50%以下の領域における平均電位をPとし、100%放電容量における50%以上100%以下の領域における平均電位をPとした場合に、PとPとの差が0.1V以上である。さらに、負極活物質層において、第1負極活物質および第2負極活物質の合計に対する第1負極活物質の割合が、40体積%以上である。
A. Negative Electrode Active Material Layer The negative electrode active material layer in the present disclosure is used in an all-solid-state battery and contains a first negative electrode active material and a second negative electrode active material. Moreover, the negative electrode active material layer contains a first negative electrode active material and a second negative electrode active material. The first negative electrode active material is lithium titanate. The second negative electrode active material has a discharge capacity of 1.0V (vsLi + /Li) or more and 2.0V (vsLi + /Li) or less as 100% discharge capacity, and a region of 0% or more and 50% or less of the 100% discharge capacity. When the average potential in the range of 50% to 100% of the 100% discharge capacity is P 1, the difference between P 2 and P 1 is 0.1 V or more. Furthermore, in the negative electrode active material layer, the ratio of the first negative electrode active material to the total of the first negative electrode active material and the second negative electrode active material is 40% by volume or more.

本開示によれば、チタン酸リチウムである第1負極活物質とともに、特定の第2負極活物質を用い、さらに、第1負極活物質の割合が所定の値以上であることから、抵抗が低い負極活物質層とすることができる。 According to the present disclosure, a specific second negative electrode active material is used together with the first negative electrode active material which is lithium titanate, and furthermore, since the proportion of the first negative electrode active material is at least a predetermined value, the resistance is low. It can be used as a negative electrode active material layer.

チタン酸リチウムは、充放電に伴う膨張収縮が生じない、酸化物であることから化学的安定性が高い、充電状態で良好な電子伝導性が発現する等の利点を有する。一方、チタン酸リチウムは、充放電曲線においてプラトー領域が占める割合が多い。図1は、作用極にLiTi12(LTO)を用い、対極にLi箔を用いたハーフセルの充放電曲線である。図1に示すように、LTOは、Li挿入時(全固体電池における充電時)およびLi脱離時(全固体電池における放電時)のいずれにおいても、プラトー領域が占める割合が多い。なお、Li挿入時(全固体電池における充電時)にLTOの電位は低下し、Li脱離時(全固体電池における放電時)にLTOの電位は上昇する。 Lithium titanate has advantages such as not undergoing expansion and contraction due to charging and discharging, high chemical stability because it is an oxide, and good electronic conductivity in a charged state. On the other hand, in the case of lithium titanate, the plateau region occupies a large proportion of the charge/discharge curve. FIG. 1 is a charge/discharge curve of a half cell using Li 4 Ti 5 O 12 (LTO) for the working electrode and Li foil for the counter electrode. As shown in FIG. 1, in LTO, the plateau region occupies a large proportion both during Li insertion (during charging in an all-solid-state battery) and during Li desorption (during discharging in an all-solid-state battery). Note that the potential of LTO decreases when Li is inserted (during charging in an all-solid-state battery), and increases when Li is desorbed (during discharging in an all-solid-state battery).

充放電曲線においてプラトー領域が占める割合が多いと、負極活物質層の厚さ方向において電極反応が偏りやすい。図2は、LiTi12(LTO)を含有する負極活物質層の充電状態による状態変化を示す概略断面図である。まず、図2(a)に示す全固体電池は、負極活物質層(AN)、固体電解質層(SE)および正極活物質層(CA)を、厚さ方向に沿って、この順に有する。図2(a)に示すように、SOC(State of Charge)が0%である時、負極活物質層(AN)は、厚さ方向において均一な色味である。 If the plateau region occupies a large proportion of the charge/discharge curve, the electrode reaction tends to be biased in the thickness direction of the negative electrode active material layer. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a state change depending on the charging state of a negative electrode active material layer containing Li 4 Ti 5 O 12 (LTO). First, the all-solid-state battery shown in FIG. 2(a) has a negative electrode active material layer (AN), a solid electrolyte layer (SE), and a positive electrode active material layer (CA) in this order along the thickness direction. As shown in FIG. 2A, when the SOC (State of Charge) is 0%, the negative electrode active material layer (AN) has a uniform color in the thickness direction.

次に、図2(b)に示すように、SOCが50%である時、固体電解質層(SE)側の負極活物質層(AN)の領域では、色が濃くなる。これは、SE側に位置するLTOにLiが挿入されたことを示している。一方、SOCが50%である時、固体電解質層(SE)とは反対側の負極活物質層(AN)の領域では、図2(a)と同程度の色味が維持されている。これは、SEとは反対側に位置するLTOにLiが挿入されていないことを示している。次に、図2(c)に示すように、SOCが100%である時、負極活物質層(AN)は、厚さ方向において均一な濃い色味となる。これは、負極活物質層(AN)に含まれるLTO全体に、Liが挿入されたことを示している。 Next, as shown in FIG. 2(b), when the SOC is 50%, the color becomes darker in the region of the negative electrode active material layer (AN) on the solid electrolyte layer (SE) side. This indicates that Li was inserted into the LTO located on the SE side. On the other hand, when the SOC is 50%, in the region of the negative electrode active material layer (AN) on the opposite side from the solid electrolyte layer (SE), the color tone is maintained to be similar to that in FIG. 2(a). This indicates that Li is not inserted into the LTO located on the opposite side of the SE. Next, as shown in FIG. 2C, when the SOC is 100%, the negative electrode active material layer (AN) has a uniform dark color in the thickness direction. This indicates that Li was inserted into the entire LTO contained in the negative electrode active material layer (AN).

次に、SOC100%からSOC50%まで放電すると、図2(d)に示すように、固体電解質層(SE)側の負極活物質層(AN)の領域では、色が薄くなる。これは、SE側に位置するLTOからLiが脱離したことを示している。一方、SOCが50%である時、固体電解質層(SE)とは反対側の負極活物質層(AN)の領域では、図2(c)と同程度の色味が維持されている。これは、SEとは反対側に位置するLTOからLiが脱離していないことを示している。 Next, when discharging from SOC 100% to SOC 50%, the color becomes lighter in the area of the negative electrode active material layer (AN) on the solid electrolyte layer (SE) side, as shown in FIG. 2(d). This indicates that Li was desorbed from LTO located on the SE side. On the other hand, when the SOC is 50%, in the region of the negative electrode active material layer (AN) on the opposite side from the solid electrolyte layer (SE), the color tone is maintained at the same level as in FIG. 2(c). This indicates that Li is not desorbed from LTO located on the opposite side of SE.

図2(a)~(d)に示すように、負極活物質(LTO)とLiとの反応は、固体電解質層(SE)に近い負極活物質層(AN)の領域で生じやすく、固体電解質層(SE)から遠い負極活物質層(AN)の領域で生じにくい。そのため、SOCが低い場合は、厚さ方向におけるイオン伝導抵抗の影響は少ないが、SOCが高くなると、厚さ方向におけるイオン伝導抵抗の影響が大きくなる。その結果、負極活物質層の厚さ方向において電極反応が偏りやすい。 As shown in FIGS. 2(a) to 2(d), the reaction between the negative electrode active material (LTO) and Li tends to occur in the region of the negative electrode active material layer (AN) near the solid electrolyte layer (SE), and This is less likely to occur in the region of the negative electrode active material layer (AN) that is far from the layer (SE). Therefore, when the SOC is low, the influence of the ion conduction resistance in the thickness direction is small, but as the SOC becomes high, the influence of the ion conduction resistance in the thickness direction becomes large. As a result, electrode reactions tend to be biased in the thickness direction of the negative electrode active material layer.

これに対して、本開示においては、第1負極活物質(チタン酸リチウム)とともに、第1負極活物質よりもプラトー領域が占める割合が少ない第2負極活物質(例えばニオブチタン酸化物)を用いる。図3は、作用極にTiNb(TNO)を用い、対極にLi箔を用いたハーフセルの充放電曲線である。 In contrast, in the present disclosure, together with the first negative electrode active material (lithium titanate), a second negative electrode active material (for example, niobium titanium oxide) in which the plateau region occupies a smaller proportion than the first negative electrode active material is used. FIG. 3 is a charge/discharge curve of a half cell using TiNb 2 O 7 (TNO) for the working electrode and Li foil for the counter electrode.

図3に示すように、TNOは、LTOよりもプラトー領域が占める割合が少ない。そのため、Li挿入時(全固体電池における充電時)の初期段階において、TNOは、LTOよりも高い電位でLiが挿入される。その結果、固体電解質層(SE)から遠い負極活物質層(AN)の領域において、TNOは、LTOよりも早く反応し、厚さ方向における電極反応の偏りを緩和することができる。その結果、充電時の抵抗を低減することができる。また、Li脱離時(全固体電池における放電時)の初期段階において、TNOは、LTOよりも低い電位でLiが脱離する。その結果、固体電解質層(SE)から遠い負極活物質層(AN)の領域において、TNOは、LTOよりも早く反応し、厚さ方向における電極反応の偏りを緩和することができる。その結果、放電時の抵抗を低減することができる。このように、本開示においては、チタン酸リチウムである第1負極活物質とともに、特定の第2負極活物質を用いることで、抵抗が低い負極活物質層とすることができる。 As shown in FIG. 3, TNO has a smaller proportion of plateau regions than LTO. Therefore, in the initial stage of Li insertion (charging in an all-solid-state battery), Li is inserted into TNO at a higher potential than LTO. As a result, in the region of the negative electrode active material layer (AN) far from the solid electrolyte layer (SE), TNO reacts faster than LTO, and can alleviate the bias in electrode reaction in the thickness direction. As a result, resistance during charging can be reduced. Furthermore, in the initial stage of Li desorption (during discharge in an all-solid-state battery), Li is desorbed from TNO at a lower potential than LTO. As a result, in the region of the negative electrode active material layer (AN) far from the solid electrolyte layer (SE), TNO reacts faster than LTO, and can alleviate the bias in electrode reaction in the thickness direction. As a result, resistance during discharge can be reduced. Thus, in the present disclosure, by using a specific second negative electrode active material together with the first negative electrode active material which is lithium titanate, a negative electrode active material layer with low resistance can be obtained.

本開示における負極活物質層は、負極活物質として、第1負極活物質および第2負極活物質を少なくとも含有する。負極活物質層は、固体電解質、導電材およびバインダーの少なくとも一つをさらに含有していてもよい。 The negative electrode active material layer in the present disclosure contains at least a first negative electrode active material and a second negative electrode active material as negative electrode active materials. The negative electrode active material layer may further contain at least one of a solid electrolyte, a conductive material, and a binder.

1.第2負極活物質
まず、第2負極活物質について説明する。第2負極活物質は、1.0V(vsLi/Li)以上2.0V(vsLi/Li)以下の電位における放電容量を100%放電容量とし、100%放電容量における0%以上50%以下の容量における平均電位をPとし、100%放電容量における50%以上100%以下の容量における平均電位をPとした場合に、PとPとの差が、通常、0.1V以上である。なお、全固体電池における第2負極活物質は、放電により電位が上昇するため、Pは、通常、Pより大きい。
1. Second Negative Electrode Active Material First, the second negative electrode active material will be explained. The second negative electrode active material has a discharge capacity at a potential of 1.0V (vsLi + /Li) or more and 2.0V (vsLi + /Li) or less as 100% discharge capacity, and 0% or more and 50% or less of the 100% discharge capacity. When the average potential at a capacity of It is. Note that since the potential of the second negative electrode active material in an all-solid-state battery increases due to discharge, P 2 is usually larger than P 1 .

およびPは、以下の方法により求めることができる。まず、第2負極活物質を含有する作用極と、固体電解質層と、Li箔である対極とを有するハーフセルを準備する。なお、作用極は、必要に応じて、固体電解質および導電材の少なくとも一方を含有していてもよい。次に、ハーフセルに対して、1/10Cで定電流放電を行い、第2負極活物質にSOC100%に相当する量のLiを挿入させる。その後、1/10Cで定電流充電を行い、第2負極活物質からLiを脱離させる。この際、1.0V(vsLi/Li)以上2.0V(vsLi/Li)以下の電位における容量を測定し、100%放電容量を求める。次に、Li脱離曲線から、100%放電容量における0%以上50%以下の容量における平均電位Pと、100%放電容量における50%以上100%以下の容量における平均電位Pと、を求める。 P 1 and P 2 can be determined by the following method. First, a half cell having a working electrode containing a second negative electrode active material, a solid electrolyte layer, and a counter electrode made of Li foil is prepared. Note that the working electrode may contain at least one of a solid electrolyte and a conductive material, if necessary. Next, constant current discharge is performed on the half cell at 1/10 C to insert Li in an amount corresponding to 100% SOC into the second negative electrode active material. Thereafter, constant current charging is performed at 1/10 C to remove Li from the second negative electrode active material. At this time, the capacity at a potential of 1.0 V (vsLi + /Li) or more and 2.0 V (vsLi + /Li) or less is measured to determine the 100% discharge capacity. Next, from the Li desorption curve, the average potential P 1 at a capacity of 0% to 50% at 100% discharge capacity and the average potential P 2 at a capacity of 50% to 100% at 100% discharge capacity are calculated. demand.

とPとの差は、0.2V以上であってもよく、0.3V以上であってもよく、0.4V以上であってもよい。なお、図3に示すTNOにおけるPとPとの差は、0.3Vである。また、Pは、第1負極活物質の放電反応電位(プラトー電位)より低いことが好ましい。Pは、例えば、1.5V(vsLi/Li)より小さく、1.45V(vsLi/Li)以下であってもよい。また、Pは、第1負極活物質の放電反応電位(プラトー電位)より高くてもよい。Pは、例えば、1.5V(vsLi/Li)より大きく、1.55V(vsLi/Li)以上であってもよい。 The difference between P 2 and P 1 may be 0.2V or more, 0.3V or more, or 0.4V or more. Note that the difference between P 2 and P 1 in the TNO shown in FIG. 3 is 0.3V. Further, P 1 is preferably lower than the discharge reaction potential (plateau potential) of the first negative electrode active material. P 1 may be, for example, smaller than 1.5V (vsLi + /Li) and not more than 1.45V (vsLi + /Li). Further, P 2 may be higher than the discharge reaction potential (plateau potential) of the first negative electrode active material. P 2 is, for example, greater than 1.5V (vsLi + /Li), and may be greater than or equal to 1.55V (vsLi + /Li).

また、第2負極活物質は、2.0V(vsLi/Li)以下1.0V(vsLi/Li)以上の電位における充電容量を100%充電容量とし、100%充電容量における0%以上50%以下の容量における平均電位をPとし、100%充電容量における50%以上100%以下の容量における平均電位をPとした場合に、PとPとの差が、0.1V以上であってもよい。なお、全固体電池における第2負極活物質は、充電により電位が低下するため、Pは、通常、Pより大きい。 In addition, the second negative electrode active material has a charging capacity at a potential of 2.0 V (vsLi + /Li) or lower and 1.0 V (vsLi + /Li) or higher as 100% charging capacity, and 0% or more of 100% charging capacity 50 % or less capacity is P3 , and when the average potential at 100% charged capacity is 50% or more and 100% or less is P4 , the difference between P3 and P4 is 0.1V or more. It may be. Note that since the potential of the second negative electrode active material in an all-solid-state battery decreases due to charging, P 3 is usually larger than P 4 .

およびPは、以下の方法により求めることができる。すなわち、上記と同様にしてハーフセルを準備し、1/10Cで定電流放電を行い、第2負極活物質にLiを挿入させる。この際、2.0V(vsLi/Li)以下1.0V(vsLi/Li)以上の電位における容量を測定し、100%充電容量を求める。次に、Li挿入曲線から、100%充電容量における0%以上50%以下の容量における平均電位Pと、100%充電容量における50%以上100%以下の容量における平均電位Pと、を求める。 P 3 and P 4 can be determined by the following method. That is, a half cell is prepared in the same manner as above, and constant current discharge is performed at 1/10 C to insert Li into the second negative electrode active material. At this time, the capacity at a potential of 2.0 V (vsLi + /Li) or lower and 1.0 V (vsLi + /Li) or higher is measured to determine the 100% charge capacity. Next, from the Li insertion curve, calculate the average potential P 3 at the capacity between 0% and 50% of the 100% charged capacity, and the average potential P 4 at the capacity between 50% and 100% at the 100% charged capacity. .

とPとの差は、0.2V以上であってもよく、0.3V以上であってもよく、0.4V以上であってもよい。また、Pは、第1負極活物質の充電反応電位(プラトー電位)より高いことが好ましい。Pは、例えば、1.5V(vsLi/Li)より大きく、1.55V(vsLi/Li)以上であってもよい。Pは、第1負極活物質の充電反応電位(プラトー電位)より低くてもよい。Pは、例えば、1.5V(vsLi/Li)より小さく、1.45V(vsLi/Li)以下であってもよい。 The difference between P 3 and P 4 may be 0.2V or more, 0.3V or more, or 0.4V or more. Further, P 3 is preferably higher than the charging reaction potential (plateau potential) of the first negative electrode active material. P 3 is, for example, greater than 1.5V (vsLi + /Li), and may be greater than or equal to 1.55V (vsLi + /Li). P 4 may be lower than the charging reaction potential (plateau potential) of the first negative electrode active material. P 4 may be, for example, smaller than 1.5V (vsLi + /Li) and not more than 1.45V (vsLi + /Li).

第2負極活物質は、1.4V(vsLi/Li)以上2.0V(vsLi/Li)以下の電位における放電容量が、例えば100mAh/g以上である。この放電容量は、以下の方法により求めることができる。すなわち、上記と同様にしてハーフセルを準備し、1/10Cで第2負極活物質にSOC100%に相当する量のLiを挿入させる。その後、1/10Cで定電流充電を行い、第2負極活物質からLiを脱離させる。この際、1.4V(vsLi/Li)以上2.0V(vsLi/Li)以下の電位における容量を測定し、上記放電容量を求める。第2負極活物質は、1.4V(vsLi/Li)以上2.0V(vsLi/Li)以下の電位における放電容量が、120mAh/g以上であってもよく、140mAh/g以上であってもよい。 The second negative electrode active material has a discharge capacity of, for example, 100 mAh/g or more at a potential of 1.4 V (vsLi + /Li) or more and 2.0 V (vsLi + /Li) or less. This discharge capacity can be determined by the following method. That is, a half cell is prepared in the same manner as above, and an amount of Li corresponding to 100% SOC is inserted into the second negative electrode active material at 1/10C. Thereafter, constant current charging is performed at 1/10 C to remove Li from the second negative electrode active material. At this time, the capacity at a potential of 1.4 V (vsLi + /Li) or more and 2.0 V (vsLi + /Li) or less is measured to determine the discharge capacity. The second negative electrode active material may have a discharge capacity of 120 mAh/g or more, or 140 mAh/g or more at a potential of 1.4 V (vs Li + /Li) or more and 2.0 V (vs Li + /Li) or less. It's okay.

第2負極活物質は、2.0V(vsLi/Li)以下1.4V(vsLi/Li)以上の電位における充電容量が100mAh/g以上であってもよい。この充電容量は、以下の方法により求めることができる。すなわち、上記と同様にしてハーフセルを準備し、1/10Cで定電流放電を行い、第2負極活物質にLiを挿入させる。この際、2.0V(vsLi/Li)以下1.4V(vsLi/Li)以上の電位における容量を測定し、上記充電容量を求める。第2負極活物質は、2.0V(vsLi/Li)以下1.4V(vsLi/Li)以上の電位における充電容量が、120mAh/g以上であってもよく、140mAh/g以上であってもよい。 The second negative electrode active material may have a charging capacity of 100 mAh/g or more at a potential of 2.0 V (vsLi + /Li) or lower and 1.4 V (vsLi + /Li) or higher. This charging capacity can be determined by the following method. That is, a half cell is prepared in the same manner as above, and constant current discharge is performed at 1/10 C to insert Li into the second negative electrode active material. At this time, the capacitance at a potential of 2.0 V (vsLi + /Li) or lower and 1.4 V (vsLi + /Li) or higher is measured to determine the charge capacity. The second negative electrode active material may have a charging capacity of 120 mAh/g or more, or 140 mAh/g or more at a potential of 2.0 V (vs Li + /Li) or less and 1.4 V (vs Li + /Li) or more. It's okay.

第2負極活物質の放電反応電位および充電反応電位は、特に限定されないが、それぞれ、例えば、1.0V(vsLi/Li)以上2.0V(vsLi/Li)以下である。 The discharge reaction potential and charge reaction potential of the second negative electrode active material are not particularly limited, but are each, for example, 1.0 V (vsLi + /Li) or more and 2.0V (vsLi + /Li) or less.

第2負極活物質は、金属元素および酸素元素を含有すること、すなわち、金属酸化物であることが好ましい。金属酸化物は、化学的安定性が高いからである。金属酸化物に含まれる金属元素としては、例えば、Nb、Ti、Wが挙げられる。金属酸化物は、上記金属元素を1種のみ含有していてもよく、2種以上含有していてもよい。 The second negative electrode active material preferably contains a metal element and an oxygen element, that is, it is a metal oxide. This is because metal oxides have high chemical stability. Examples of the metal elements contained in the metal oxide include Nb, Ti, and W. The metal oxide may contain only one kind of the above-mentioned metal element, or may contain two or more kinds.

第2負極活物質の一例としては、ニオブチタン酸化物が挙げられる。ニオブチタン酸化物は、Nb、TiおよびОを含有する化合物である。ニオブチタン酸化物としては、例えば、TiNb、TiNb1029が挙げられる。また、第2負極活物質の他の例としては、ニオブタングステン酸化物が挙げられる。ニオブタングステン酸化物は、Nb、WおよびOを含有する化合物である。ニオブタングステン酸化物としては、例えば、NbWO、Nb1550、Nb31、Nb47、Nb1444、Nb1655、Nb181693が挙げられる。 An example of the second negative electrode active material is niobium titanium oxide. Niobium titanium oxide is a compound containing Nb, Ti and O. Examples of the niobium titanium oxide include TiNb 2 O 7 and Ti 2 Nb 10 O 29 . Further, another example of the second negative electrode active material is niobium tungsten oxide. Niobium tungsten oxide is a compound containing Nb, W and O. Examples of niobium tungsten oxide include Nb 2 WO 8 , Nb 2 W 15 O 50 , Nb 4 W 7 O 31 , Nb 8 W 9 O 47 , Nb 14 W 3 O 44 , Nb 16 W 5 O 55 , Nb 18 W 16 O 93 is mentioned.

第2負極活物質の平均粒径(D50)は、例えば10nm以上であり、100nm以上であってもよい。一方、第2負極活物質の平均粒径(D50)は、例えば50μm以下であり、20μm以下であってもよい。平均粒径(D50)は、例えば、レーザー回折式粒度分布計、走査型電子顕微鏡(SEM)による測定から算出できる。 The average particle diameter (D 50 ) of the second negative electrode active material is, for example, 10 nm or more, and may be 100 nm or more. On the other hand, the average particle diameter (D 50 ) of the second negative electrode active material is, for example, 50 μm or less, and may be 20 μm or less. The average particle diameter (D 50 ) can be calculated, for example, by measurement using a laser diffraction particle size distribution analyzer or a scanning electron microscope (SEM).

2.第1負極活物質
次に、第1負極活物質について説明する。第1負極活物質は、チタン酸リチウムである。チタン酸リチウムは、Li、TiおよびOを含有する化合物である。
2. First Negative Electrode Active Material Next, the first negative electrode active material will be explained. The first negative electrode active material is lithium titanate. Lithium titanate is a compound containing Li, Ti, and O.

第1負極活物質は、1.0V(vsLi/Li)以上2.0V(vsLi/Li)以下の電位における放電容量を100%放電容量とし、100%放電容量における0%以上50%以下の容量における平均電位をP´とし、100%容量における50%以上100%以下の容量における平均電位をP´とした場合に、P´とP´との差が0.1V未満であってもよい。P´およびP´は、上述した第2負極活物質におけるPおよびPと同様にして求めることができる。 The first negative electrode active material has a discharge capacity at a potential of 1.0V (vsLi + /Li) or more and 2.0V (vsLi + /Li) or less as 100% discharge capacity, and 0% or more and 50% or less of the 100% discharge capacity. The difference between P'2 and P'1 is less than 0.1V, where P'1 is the average potential at a capacity of It may be. P ′ 1 and P ′ 2 can be determined in the same manner as P 1 and P 2 in the second negative electrode active material described above.

第1負極活物質は、2.0V(vsLi/Li)以下1.0V(vsLi/Li)以上の電位における充電容量を100%充電容量とし、100%充電容量における0%以上50%以下の容量における平均電位をP´とし、100%充電容量における50%以上100%以下の容量における平均電位をP´とした場合に、P´とP´との差が0.1V未満であってもよい。P´およびP´は、上述した第2負極活物質におけるPおよびPと同様にして求めることができる。 The first negative electrode active material has a charging capacity at a potential of 2.0V (vsLi + /Li) or lower and 1.0V (vsLi + /Li) or higher as 100% charging capacity, and 0% or more and 50% or less of the 100% charging capacity. When the average potential at a capacity of 100% is P'3 , and the average potential at a capacity of 50% to 100% of a 100% charged capacity is P'4 , the difference between P'3 and P'4 is 0.1V. It may be less than P'3 and P'4 can be determined in the same manner as P3 and P4 in the second negative electrode active material described above.

第1負極活物質は、1.4V(vsLi/Li)以上2.0V(vsLi/Li)以下の電位における放電容量が100mAh/g以上であることが好ましい。同様に、第1負極活物質は、2.0V(vsLi/Li)以下1.4V(vsLi/Li)以上の電位における充電容量が100mAh/g以上であることが好ましい。放電容量および充電容量の測定方法については、上述した第2負極活物質における放電容量および充電容量の測定方法と同様である。 The first negative electrode active material preferably has a discharge capacity of 100 mAh/g or more at a potential of 1.4 V (vsLi + /Li) or more and 2.0 V (vsLi + /Li) or less. Similarly, the first negative electrode active material preferably has a charging capacity of 100 mAh/g or more at a potential of 2.0 V (vsLi + /Li) or less and 1.4 V (vsLi + /Li) or more. The method of measuring the discharge capacity and charge capacity is the same as the method of measuring the discharge capacity and charge capacity of the second negative electrode active material described above.

第1負極活物質の放電反応電位および充電反応電位は、特に限定されないが、それぞれ、例えば、1.0V(vsLi/Li)以上2.0V(vsLi/Li)以下である。 The discharge reaction potential and charge reaction potential of the first negative electrode active material are not particularly limited, but are each, for example, 1.0 V (vsLi + /Li) or more and 2.0 V (vsLi + /Li) or less.

第1負極活物質の具体例としては、LiTi12、LiTiO、LiTiO、LiTiが挙げられる。第1負極活物質の形状としては、例えば、粒子状が挙げられる。第1負極活物質の平均粒径(D50)は、例えば10nm以上であり、100nm以上であってもよい。一方、第1負極活物質の平均粒径(D50)は、例えば50μm以下であり、20μm以下であってもよい。平均粒径(D50)は、例えば、レーザー回折式粒度分布計、走査型電子顕微鏡(SEM)による測定から算出できる。 Specific examples of the first negative electrode active material include Li 4 Ti 5 O 12 , Li 4 TiO 4 , Li 2 TiO 3 , and Li 2 Ti 3 O 7 . Examples of the shape of the first negative electrode active material include particulate. The average particle diameter (D 50 ) of the first negative electrode active material is, for example, 10 nm or more, and may be 100 nm or more. On the other hand, the average particle diameter (D 50 ) of the first negative electrode active material is, for example, 50 μm or less, and may be 20 μm or less. The average particle diameter (D 50 ) can be calculated, for example, by measurement using a laser diffraction particle size distribution analyzer or a scanning electron microscope (SEM).

3.負極活物質層
本開示における負極活物質層は、第1負極活物質および第2負極活物質を含有する。負極活物質層は、負極活物質として、第1負極活物質および第2負極活物質のみを含有していてもよく、他の負極活物質を含有していてもよい。負極活物質層に含まれる全ての負極活物質に対する、第1負極活物質および第2負極活物質の合計の割合は、例えば50体積%以上であり、70体積%以上であってもよく、90体積%以上であってもよい。
3. Negative electrode active material layer The negative electrode active material layer in the present disclosure contains a first negative electrode active material and a second negative electrode active material. The negative electrode active material layer may contain only the first negative electrode active material and the second negative electrode active material, or may contain other negative electrode active materials. The total ratio of the first negative electrode active material and the second negative electrode active material to all the negative electrode active materials contained in the negative electrode active material layer is, for example, 50 volume % or more, and may be 70 volume % or more, and 90 volume % or more. It may be more than volume %.

また、第1負極活物質および第2負極活物質の合計に対する第1負極活物質の割合は、通常、40体積%以上であり、50体積%以上であってもよく、60体積%以上であってもよい。一方、第1負極活物質および第2負極活物質の合計に対する第1負極活物質の割合は、通常、100体積%未満であり、99体積%以下であってもよく、90体積%以下であってもよい。第1負極活物質の割合が少なすぎても多すぎても、十分に抵抗を低減できない可能性がある。また、第1負極活物質および第2負極活物質は、それぞれ、負極活物質層に均一に分散されていることが好ましい。 Further, the ratio of the first negative electrode active material to the total of the first negative electrode active material and the second negative electrode active material is usually 40 volume% or more, may be 50 volume% or more, and may be 60 volume% or more. You can. On the other hand, the ratio of the first negative electrode active material to the total of the first negative electrode active material and the second negative electrode active material is usually less than 100 volume%, may be 99 volume% or less, and may be 90 volume% or less. You can. If the proportion of the first negative electrode active material is too small or too large, the resistance may not be sufficiently reduced. Moreover, it is preferable that the first negative electrode active material and the second negative electrode active material are each uniformly dispersed in the negative electrode active material layer.

負極活物質層における負極活物質の割合は、例えば30体積%以上であり、50体積%以上であってもよい。負極活物質の割合が少なすぎると、体積エネルギー密度の向上が図れない可能性がある。一方、負極活物質層における負極活物質の割合は、例えば80体積%以下である。負極活物質の割合が多すぎると、良好な電子伝導パスおよびイオン伝導パスが形成されない可能性がある。 The proportion of the negative electrode active material in the negative electrode active material layer is, for example, 30 volume % or more, and may be 50 volume % or more. If the proportion of the negative electrode active material is too small, there is a possibility that the volumetric energy density cannot be improved. On the other hand, the proportion of the negative electrode active material in the negative electrode active material layer is, for example, 80% by volume or less. If the proportion of the negative electrode active material is too large, good electron conduction paths and ion conduction paths may not be formed.

負極活物質層は、固体電解質を含有することが好ましい。良好なイオン伝導パスが形成されるからである。固体電解質としては、例えば、硫化物固体電解質、酸化物固体電解質、窒化物固体電解質、ハロゲン化物固体電解質等の無機固体電解質が挙げられる。 The negative electrode active material layer preferably contains a solid electrolyte. This is because a good ion conduction path is formed. Examples of the solid electrolyte include inorganic solid electrolytes such as sulfide solid electrolytes, oxide solid electrolytes, nitride solid electrolytes, and halide solid electrolytes.

硫化物固体電解質としては、例えば、Li元素、X元素(Xは、P、As、Sb、Si、Ge、Sn、B、Al、Ga、Inの少なくとも一種である)、および、S元素を含有する固体電解質が挙げられる。また、硫化物固体電解質は、O元素およびハロゲン元素の少なくとも一方をさらに含有していてもよい。ハロゲン元素としては、例えば、F元素、Cl元素、Br元素、I元素が挙げられる。硫化物固体電解質は、ガラス(非晶質)であってもよく、ガラスセラミックスであってもよい。硫化物固体電解質としては、例えば、LiS-P、LiI-LiS-P、LiI-LiBr-LiS-P、LiS-SiS、LiS-GeS、LiS-P-GeSが挙げられる。 The sulfide solid electrolyte includes, for example, Li element, X element (X is at least one of P, As, Sb, Si, Ge, Sn, B, Al, Ga, and In), and S element. Examples include solid electrolytes. Moreover, the sulfide solid electrolyte may further contain at least one of an O element and a halogen element. Examples of the halogen element include F element, Cl element, Br element, and I element. The sulfide solid electrolyte may be glass (amorphous) or glass ceramics. Examples of the sulfide solid electrolyte include Li 2 SP 2 S 5 , LiI-Li 2 SP 2 S 5 , LiI-LiBr-Li 2 SP 2 S 5 , Li 2 S-SiS 2 , Li 2 S-GeS 2 and Li 2 S-P 2 S 5 -GeS 2 .

負極活物質層は、固体電解質として、無機固体電解質のみを含有していてもよい。また、負極活物質層は、電解液(液体電解質)を含有してもよく、含有しなくてもよい。また、負極活物質層は、ゲル電解質を含有してもよく、含有しなくてもよい。また、負極活物質層は、ポリマー電解質を含有してもよく、含有しなくてもよい。 The negative electrode active material layer may contain only an inorganic solid electrolyte as the solid electrolyte. Further, the negative electrode active material layer may or may not contain an electrolytic solution (liquid electrolyte). Further, the negative electrode active material layer may or may not contain a gel electrolyte. Further, the negative electrode active material layer may or may not contain a polymer electrolyte.

負極活物質層は、導電材を含有することが好ましい。導電材としては、例えば、炭素材料、金属粒子、導電性ポリマーが挙げられる。炭素材料としては、例えば、アセチレンブラック(AB)、ケッチェンブラック(KB)等の粒子状炭素材料、炭素繊維、カーボンナノチューブ(CNT)、カーボンナノファイバー(CNF)等の繊維状炭素材料が挙げられる。 The negative electrode active material layer preferably contains a conductive material. Examples of the conductive material include carbon materials, metal particles, and conductive polymers. Examples of the carbon material include particulate carbon materials such as acetylene black (AB) and Ketjen black (KB), and fibrous carbon materials such as carbon fiber, carbon nanotube (CNT), and carbon nanofiber (CNF). .

負極活物質層は、バインダーを含有していてもよい。バインダーとしては、例えば、フッ化物系バインダー、ポリイミド系バインダー、ゴム系バインダーが挙げられる。また、負極活物質層の厚さは、例えば、0.1μm以上、1000μm以下である。負極活物質層は、全固体電池に用いられる。全固体電池の詳細については後述する。 The negative electrode active material layer may contain a binder. Examples of the binder include fluoride binders, polyimide binders, and rubber binders. Further, the thickness of the negative electrode active material layer is, for example, 0.1 μm or more and 1000 μm or less. The negative electrode active material layer is used in all-solid-state batteries. Details of the all-solid-state battery will be described later.

B.全固体電池
図4は、本開示における全固体電池を例示する概略断面図である。図4に示す全固体電池10は、正極活物質層1と、負極活物質層2と、正極活物質層1および負極活物質層2の間に配置された固体電解質層3と、正極活物質層1の集電を行う正極集電体4と、負極活物質層2の集電を行う負極集電体5と、を有する。負極活物質層2が、上記「A.負極活物質層」に記載した層である。
B. All-solid-state battery FIG. 4 is a schematic cross-sectional view illustrating an all-solid-state battery in the present disclosure. The all-solid-state battery 10 shown in FIG. It has a positive electrode current collector 4 that collects current from layer 1 and a negative electrode current collector 5 that collects current from negative electrode active material layer 2 . The negative electrode active material layer 2 is the layer described in "A. Negative electrode active material layer" above.

本開示によれば、上述した負極活物質層を有することから、抵抗が低い全固体電池とすることができる。 According to the present disclosure, since it has the above-described negative electrode active material layer, it is possible to provide an all-solid-state battery with low resistance.

1.負極活物質層
本開示における負極活物質層については、上記「A.負極活物質層」に記載した内容と同様であるので、ここでの記載は省略する。
1. Negative Electrode Active Material Layer The negative electrode active material layer in the present disclosure is the same as that described in "A. Negative Electrode Active Material Layer" above, so the description here will be omitted.

2.正極活物質層
本開示における正極活物質層は、少なくとも正極活物質を含有する層である。また、正極活物質層は、必要に応じて、導電材、固体電解質およびバインダーの少なくとも一つを含有していてもよい。
2. Cathode Active Material Layer The cathode active material layer in the present disclosure is a layer containing at least a cathode active material. Further, the positive electrode active material layer may contain at least one of a conductive material, a solid electrolyte, and a binder, if necessary.

正極活物質としては、例えば、酸化物活物質が挙げられる。酸化物活物質としては、例えば、LiCoO、LiMnO、LiNiO、LiVO、LiNi1/3Co1/3Mn1/3等の岩塩層状型活物質、LiMn、LiTi12、Li(Ni0.5Mn1.5)O等のスピネル型活物質、LiFePO、LiMnPO、LiNiPO、LiCoPO等のオリビン型活物質が挙げられる。 Examples of the positive electrode active material include oxide active materials. Examples of oxide active materials include rock salt layered active materials such as LiCoO 2 , LiMnO 2 , LiNiO 2 , LiVO 2 , LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 , LiMn 2 O 4 , Li 4 Examples include spinel type active materials such as Ti5O12 and Li( Ni0.5Mn1.5 ) O4 , and olivine type active materials such as LiFePO4 , LiMnPO4 , LiNiPO4 , and LiCoPO4 .

酸化物活物質の表面には、Liイオン伝導性酸化物を含有する保護層が形成されていてもよい。酸化物活物質と、固体電解質との反応を抑制できるからである。Liイオン伝導性酸化物としては、例えば、LiNbOが挙げられる。保護層の厚さは、例えば、1nm以上30nm以下である。また、正極活物質として、例えばLiSを用いることもできる。 A protective layer containing a Li ion conductive oxide may be formed on the surface of the oxide active material. This is because the reaction between the oxide active material and the solid electrolyte can be suppressed. Examples of the Li ion conductive oxide include LiNbO 3 . The thickness of the protective layer is, for example, 1 nm or more and 30 nm or less. Furthermore, for example, Li 2 S can also be used as the positive electrode active material.

正極活物質の形状としては、例えば、粒子状が挙げられる。正極活物質の平均粒径(D50)は、特に限定されないが、例えば10nm以上であり、100nm以上であってもよい。一方、正極活物質の平均粒径(D50)は、例えば50μm以下であり、20μm以下であってもよい。 Examples of the shape of the positive electrode active material include particulate. The average particle diameter (D 50 ) of the positive electrode active material is not particularly limited, but is, for example, 10 nm or more, and may be 100 nm or more. On the other hand, the average particle diameter (D 50 ) of the positive electrode active material is, for example, 50 μm or less, and may be 20 μm or less.

導電材としては、例えば、炭素材料、金属粒子、導電性ポリマーが挙げられる。炭素材料としては、例えば、アセチレンブラック(AB)、ケッチェンブラック(KB)等の粒子状炭素材料、炭素繊維、カーボンナノチューブ(CNT)、カーボンナノファイバー(CNF)等の繊維状炭素材料が挙げられる。 Examples of the conductive material include carbon materials, metal particles, and conductive polymers. Examples of the carbon material include particulate carbon materials such as acetylene black (AB) and Ketjen black (KB), and fibrous carbon materials such as carbon fiber, carbon nanotube (CNT), and carbon nanofiber (CNF). .

正極活物質層に用いられる固体電解質およびバインダーについては、上記「A.負極活物質層」に記載した内容と同様であるので、ここでの記載は省略する。正極活物質層の厚さは、例えば、0.1μm以上、1000μm以下である。 The solid electrolyte and binder used in the positive electrode active material layer are the same as those described in "A. Negative electrode active material layer" above, so their descriptions are omitted here. The thickness of the positive electrode active material layer is, for example, 0.1 μm or more and 1000 μm or less.

3.固体電解質層
本開示における固体電解質層は、正極活物質層および負極活物質層の間に配置され、少なくとも固体電解質を含有する層である。固体電解質層は、固体電解質として硫化物固体電解質を含有することが好ましい。また、固体電解質層はバインダーを含有していてもよい。固体電解質層に用いられる固体電解質およびバインダーについては、上記「A.負極活物質層」に記載した内容と同様であるので、ここでの記載は省略する。固体電解質層の厚さは、例えば、0.1μm以上、1000μm以下である。
3. Solid Electrolyte Layer The solid electrolyte layer in the present disclosure is a layer that is disposed between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer and contains at least a solid electrolyte. The solid electrolyte layer preferably contains a sulfide solid electrolyte as the solid electrolyte. Moreover, the solid electrolyte layer may contain a binder. The solid electrolyte and binder used in the solid electrolyte layer are the same as those described in "A. Negative electrode active material layer" above, so description thereof will be omitted here. The thickness of the solid electrolyte layer is, for example, 0.1 μm or more and 1000 μm or less.

4.全固体電池
本開示における全固体電池は、通常、正極活物質層の集電を行う正極集電体と、負極活物質層の集電を行う負極集電体と、を有する。正極集電体および負極集電体の形状としては、例えば、箔状が挙げられる。正極集電体の材料としては、例えば、SUS、アルミニウム、ニッケル、カーボンが挙げられる。また、負極集電体の材料としては、例えば、SUS、銅、ニッケル、カーボンが挙げられる。
4. All-Solid Battery The all-solid battery in the present disclosure typically includes a positive electrode current collector that collects current from a positive electrode active material layer, and a negative electrode current collector that collects current from a negative electrode active material layer. Examples of the shape of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector include a foil shape. Examples of the material for the positive electrode current collector include SUS, aluminum, nickel, and carbon. Moreover, examples of the material of the negative electrode current collector include SUS, copper, nickel, and carbon.

本開示における全固体電池は、正極活物質層、固体電解質層および負極活物質層を有する発電単位を少なくとも1つ有し、2以上有していてもよい。全固体電池が複数の発電単位を有する場合、それらは、並列接続されていてもよく、直列接続されていてもよい。本開示における全固体電池は、正極集電体、正極物質層、固体電解質層、負極活物質層および負極集電体を収納する外装体を備える。外装体の種類は特に限定されないが、例えば、ラミネート外装体が挙げられる。 The all-solid-state battery according to the present disclosure has at least one, and may have two or more, power generation units each having a positive electrode active material layer, a solid electrolyte layer, and a negative electrode active material layer. When an all-solid-state battery has a plurality of power generation units, they may be connected in parallel or in series. The all-solid-state battery in the present disclosure includes an exterior body that houses a positive electrode current collector, a positive electrode material layer, a solid electrolyte layer, a negative electrode active material layer, and a negative electrode current collector. Although the type of the exterior body is not particularly limited, examples thereof include a laminate exterior body.

本開示における全固体電池は、正極活物質層、固体電解質層および負極活物質層に対して、厚さ方向に沿って拘束圧を付与する拘束治具を有していてもよい。拘束圧を付与することで、良好なイオン伝導パスおよび電子伝導パスが形成される。拘束圧は、例えば0.1MPa以上であり、1MPa以上であってもよく、5MPa以上であってもよい。一方、拘束圧は、例えば100MPa以下であり、50MPa以下であってもよく、20MPa以下であってもよい。 The all-solid-state battery according to the present disclosure may include a restraining jig that applies a restraining pressure to the positive electrode active material layer, the solid electrolyte layer, and the negative electrode active material layer along the thickness direction. By applying confining pressure, good ion conduction paths and electron conduction paths are formed. The confining pressure is, for example, 0.1 MPa or more, may be 1 MPa or more, or may be 5 MPa or more. On the other hand, the confining pressure is, for example, 100 MPa or less, may be 50 MPa or less, or may be 20 MPa or less.

本開示における全固体電池は、典型的には全固体リチウムイオン二次電池である。全固体電池の用途は、特に限定されないが、例えば、ハイブリッド自動車、電気自動車、ガソリン自動車、ディーゼル自動車等の車両の電源が挙げられる。特に、ハイブリッド自動車または電気自動車の駆動用電源に用いられることが好ましい。また、本開示における全固体電池は、車両以外の移動体(例えば、鉄道、船舶、航空機)の電源として用いられてもよく、情報処理装置等の電気製品の電源として用いられてもよい。 The all-solid battery in the present disclosure is typically an all-solid lithium ion secondary battery. Applications of all-solid-state batteries are not particularly limited, but include, for example, power sources for vehicles such as hybrid cars, electric cars, gasoline cars, and diesel cars. In particular, it is preferably used as a power source for driving a hybrid vehicle or an electric vehicle. Further, the all-solid-state battery according to the present disclosure may be used as a power source for a moving body other than a vehicle (for example, a railway, a ship, an aircraft), and may be used as a power source for an electrical product such as an information processing device.

なお、本開示は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本開示における特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本開示における技術的範囲に包含される。 Note that the present disclosure is not limited to the above embodiments. The above-mentioned embodiments are illustrative, and any configuration that has substantially the same technical idea as the claims of the present disclosure and provides similar effects is the present invention. within the technical scope of the disclosure.

[実施例1]
(負極の作製)
原料として、LiTi12(LTO)粒子、TiNb(TNO)粒子、硫化物固体電解質、気相成長法炭素繊維、PVdF系バインダー、酪酸ブチルを準備し、これらを超音波分散装置によって撹拌することで負極スラリーを得た。負極スラリーにおける各原料の体積割合は、LTO粒子:TNO粒子:硫化物固体電解質:気相成長法炭素繊維:PVdF系バインダー=53.7:6.0:32.2:2.5:5.6とした。なお、LTO粒子およびTNO粒子の体積割合は、LTO粒子:TNO粒子=90:10である。得られた負極スラリーをブレード法によって、負極集電体としてのNi箔上に塗工し、ホットプレート上で100℃、30分間の条件で乾燥させた。これにより、負極集電体および負極活物質層を有する負極を得た。
[Example 1]
(Preparation of negative electrode)
As raw materials, Li 4 Ti 5 O 12 (LTO) particles, TiNb 2 O 7 (TNO) particles, sulfide solid electrolyte, vapor grown carbon fiber, PVdF binder, and butyl butyrate were prepared, and these were dispersed using ultrasonic waves. A negative electrode slurry was obtained by stirring with a device. The volume ratio of each raw material in the negative electrode slurry is LTO particles: TNO particles: sulfide solid electrolyte: vapor grown carbon fiber: PVdF binder = 53.7: 6.0: 32.2: 2.5: 5. It was set at 6. Note that the volume ratio of LTO particles and TNO particles is LTO particles:TNO particles=90:10. The obtained negative electrode slurry was applied onto a Ni foil as a negative electrode current collector by a blade method, and dried on a hot plate at 100° C. for 30 minutes. Thereby, a negative electrode having a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer was obtained.

(正極の作製)
原料として、LiNi1/3Co1/3Mn1/3(正極活物質)、硫化物系固体電解質、気相成長法炭素繊維、PVdF系バインダー、酪酸ブチルを準備し、これらを超音波分散装置によって撹拌することで正極スラリーを得た。正極スラリーにおける各原料の体積割合は、正極活物質:硫化物系固体電解質:気相成長法炭素繊維:PVdF系バインダー=66.5:28.5:3.7:1.4とした。得られた正極スラリーをブレード法によって、正極集電箔としてのAl箔上に塗工し、ホットプレート上で100℃、30分間の条件で乾燥させた。これにより、正極集電体および正極活物質層を有する正極を得た。
(Preparation of positive electrode)
As raw materials, LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 (positive electrode active material), sulfide-based solid electrolyte, vapor grown carbon fiber, PVdF-based binder, and butyl butyrate were prepared, and these were subjected to ultrasonication. A positive electrode slurry was obtained by stirring with a dispersion device. The volume ratio of each raw material in the positive electrode slurry was positive electrode active material: sulfide solid electrolyte: vapor grown carbon fiber: PVdF binder = 66.5:28.5:3.7:1.4. The obtained positive electrode slurry was applied onto an Al foil as a positive electrode current collector foil by a blade method, and dried on a hot plate at 100° C. for 30 minutes. Thereby, a positive electrode having a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer was obtained.

(固体電解質層の作製)
原料として、硫化物系固体電解質、PVdF系バインダー、酪酸ブチルを準備し、これらを超音波分散装置によって撹拌することで固体電解質スラリーを得た。固体電解質スラリーにおける各原料の重量割合は、硫化物系固体電解質:PVdF系バインダー=99.4:0.4とした。得られた固体電解質スラリーをブレード法によって、Al箔上に塗工し、ホットプレート上で100℃、30分間の条件で乾燥させた。これにより、Al箔上に固体電解質層(Al箔から剥離可能な固体電解質層)を得た。
(Preparation of solid electrolyte layer)
A sulfide-based solid electrolyte, a PVdF-based binder, and butyl butyrate were prepared as raw materials, and a solid electrolyte slurry was obtained by stirring these with an ultrasonic dispersion device. The weight ratio of each raw material in the solid electrolyte slurry was sulfide solid electrolyte:PVdF binder=99.4:0.4. The obtained solid electrolyte slurry was applied onto an Al foil by a blade method, and dried on a hot plate at 100° C. for 30 minutes. As a result, a solid electrolyte layer (a solid electrolyte layer that can be peeled off from the Al foil) was obtained on the Al foil.

(全固体電池の作製)
正極における正極活物質層と、固体電解質層とを対向させ、ロールプレス機を用いて、プレス圧力50kN/cm、温度160℃の条件でプレスした。その後、固体電解質層からAl箔を剥離し、1cmの大きさに打ち抜くことにより正極積層体を得た。
(Production of all-solid-state battery)
The positive electrode active material layer and the solid electrolyte layer in the positive electrode were opposed to each other and pressed using a roll press under conditions of a pressing pressure of 50 kN/cm and a temperature of 160°C. Thereafter, the Al foil was peeled off from the solid electrolyte layer and punched out to a size of 1 cm 2 to obtain a positive electrode laminate.

次に、負極における負極活物質層と、固体電解質層とを対向させ、ロールプレス機を用いて、プレス圧力50kN/cm、温度160℃の条件でプレスした。その後、固体電解質層からAl箔を剥離し、負極積層体を得た。さらに、負極積層体における固体電解質層と、別の固体電解質層とを対向させ、平面一軸プレス機を用いて、プレス圧力100MPa、温度25℃の条件で仮プレスした。その後、固体電解質層からAl箔を剥離し、1.08cmの大きさに打ち抜くことにより、固体電解質層と、負極積層体とを有する負極構造体を得た。 Next, the negative electrode active material layer and the solid electrolyte layer in the negative electrode were opposed to each other, and pressed using a roll press under conditions of a pressing pressure of 50 kN/cm and a temperature of 160°C. Thereafter, the Al foil was peeled off from the solid electrolyte layer to obtain a negative electrode laminate. Further, the solid electrolyte layer in the negative electrode laminate and another solid electrolyte layer were made to face each other and were temporarily pressed using a flat uniaxial press under conditions of a press pressure of 100 MPa and a temperature of 25°C. Thereafter, the Al foil was peeled off from the solid electrolyte layer and punched out to a size of 1.08 cm 2 to obtain a negative electrode structure having a solid electrolyte layer and a negative electrode laminate.

正極積層体における固体電解質層と、負極構造体における固体電解質層とを対向させ、平面一軸プレス機を用いて、プレス圧力200MPa、温度120℃の条件でプレスした。これにより、全固体電池を得た。 The solid electrolyte layer in the positive electrode laminate and the solid electrolyte layer in the negative electrode structure were opposed to each other and pressed using a flat uniaxial press under conditions of a press pressure of 200 MPa and a temperature of 120°C. As a result, an all-solid-state battery was obtained.

[実施例2]
負極スラリーにおける各原料の体積割合を、LTO粒子:TNO粒子:硫化物固体電解質:気相成長法炭素繊維:PVdF系バインダー=41.8:17.9:32.2:2.5:5.6としたこと以外は、実施例1と同様にして全固体電池を得た。なお、LTO粒子およびTNO粒子の体積割合は、LTO粒子:TNO粒子=70:30である。
[Example 2]
The volume ratio of each raw material in the negative electrode slurry was as follows: LTO particles: TNO particles: sulfide solid electrolyte: vapor growth carbon fiber: PVdF binder = 41.8:17.9:32.2:2.5:5. An all-solid-state battery was obtained in the same manner as in Example 1, except that Example 6 was used. Note that the volume ratio of LTO particles and TNO particles is LTO particles:TNO particles=70:30.

[実施例3]
負極スラリーにおける各原料の体積割合を、LTO粒子:TNO粒子:硫化物固体電解質:気相成長法炭素繊維:PVdF系バインダー=29.85:29.85:32.2:2.5:5.6としたこと以外は、実施例1と同様にして全固体電池を得た。なお、LTO粒子およびTNO粒子の体積割合は、LTO粒子:TNO粒子=50:50である。
[Example 3]
The volume ratio of each raw material in the negative electrode slurry was as follows: LTO particles: TNO particles: sulfide solid electrolyte: vapor growth carbon fiber: PVdF binder = 29.85:29.85:32.2:2.5:5. An all-solid-state battery was obtained in the same manner as in Example 1, except that Example 6 was used. Note that the volume ratio of LTO particles and TNO particles is LTO particles:TNO particles=50:50.

[実施例4]
負極スラリーにおける各原料の体積割合を、LTO粒子:TNO粒子:硫化物固体電解質:気相成長法炭素繊維:PVdF系バインダー=23.9:35.8:32.2:2.5:5.6としたこと以外は、実施例1と同様にして全固体電池を得た。なお、LTO粒子およびTNO粒子の体積割合は、LTO粒子:TNO粒子=40:60である。
[Example 4]
The volume ratio of each raw material in the negative electrode slurry was as follows: LTO particles: TNO particles: sulfide solid electrolyte: vapor growth carbon fiber: PVdF binder = 23.9:35.8:32.2:2.5:5. An all-solid-state battery was obtained in the same manner as in Example 1, except that Example 6 was used. Note that the volume ratio of LTO particles and TNO particles is LTO particles:TNO particles=40:60.

[比較例1]
負極スラリーにおける各原料の体積割合を、LTO粒子:TNO粒子:硫化物固体電解質:気相成長法炭素繊維:PVdF系バインダー=59.7:0:32.2:2.5:5.6としたこと以外は、実施例1と同様にして全固体電池を得た。なお、LTO粒子およびTNO粒子の体積割合は、LTO粒子:TNO粒子=100:0である。
[Comparative example 1]
The volume ratio of each raw material in the negative electrode slurry is as follows: LTO particles: TNO particles: sulfide solid electrolyte: vapor grown carbon fiber: PVdF binder = 59.7:0:32.2:2.5:5.6. An all-solid-state battery was obtained in the same manner as in Example 1 except for the above. Note that the volume ratio of LTO particles and TNO particles is LTO particles:TNO particles=100:0.

[比較例2]
負極スラリーにおける各原料の体積割合を、LTO粒子:TNO粒子:硫化物固体電解質:気相成長法炭素繊維:PVdF系バインダー=0:59.7:32.2:2.5:5.6としたこと以外は、実施例1と同様にして全固体電池を得た。なお、LTO粒子およびTNO粒子の体積割合は、LTO粒子:TNO粒子=0:100である。
[Comparative example 2]
The volume ratio of each raw material in the negative electrode slurry is as follows: LTO particles: TNO particles: sulfide solid electrolyte: vapor grown carbon fiber: PVdF binder = 0:59.7:32.2:2.5:5.6. An all-solid-state battery was obtained in the same manner as in Example 1 except for the above. Note that the volume ratio of LTO particles and TNO particles is LTO particles:TNO particles=0:100.

[比較例3]
負極スラリーにおける各原料の体積割合を、LTO粒子:TNO粒子:硫化物固体電解質:気相成長法炭素繊維:PVdF系バインダー=17.9:41.8:32.2:2.5:5.6としたこと以外は、実施例1と同様にして全固体電池を得た。なお、LTO粒子およびTNO粒子の体積割合は、LTO粒子:TNO粒子=30:70である。
[Comparative example 3]
The volume ratio of each raw material in the negative electrode slurry was determined as follows: LTO particles: TNO particles: sulfide solid electrolyte: vapor grown carbon fiber: PVdF binder = 17.9:41.8:32.2:2.5:5. An all-solid-state battery was obtained in the same manner as in Example 1, except that Example 6 was used. Note that the volume ratio of LTO particles and TNO particles is LTO particles:TNO particles=30:70.

[評価]
実施例1~4および比較例1~3で得られた全固体電池を、2枚の拘束板の間に挟み、締結具によって拘束圧5MPaで拘束した。その後、1/10Cで2.9Vまで定電流充電を行い、その後、2.9Vで終止電流1/100Cまで定電圧充電を行った。さらに、1/10Cで1.5Vまで定電流放電を行い、その後、1.5Vで終止電流1/100Cまで定電圧放電を行った。1.5Vまでの定電流放電容量および定電圧放電容量を合算し、放電容量を求めた。
[evaluation]
The all-solid-state batteries obtained in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 3 were sandwiched between two restraining plates and restrained by a fastener at a restraining pressure of 5 MPa. Thereafter, constant current charging was performed at 1/10C to 2.9V, and then constant voltage charging was performed at 2.9V to a final current of 1/100C. Further, constant current discharge was performed at 1/10C to 1.5V, and then constant voltage discharge was performed at 1.5V to a final current of 1/100C. The constant current discharge capacity and the constant voltage discharge capacity up to 1.5V were summed to determine the discharge capacity.

また、拘束した全固体電池に対して、1/10Cで、上記放電容量の50%となるように、初回充電(定電流充電)を行うことで、SOCを調整した。調整後の全固体電池を用いて、8mA/cmの電流を10秒間流し、その前後の電圧変化を電流値で割ることによって、抵抗値を求めた。その結果を表1および図5に示す。 In addition, the SOC of the constrained all-solid-state battery was adjusted by performing initial charging (constant current charging) at 1/10C so that the battery became 50% of the above-mentioned discharge capacity. Using the adjusted all-solid-state battery, a current of 8 mA/cm 2 was passed for 10 seconds, and the resistance value was determined by dividing the voltage change before and after that by the current value. The results are shown in Table 1 and FIG. 5.

Figure 0007347454000001
Figure 0007347454000001

表1および図5に示すように、実施例1~4は、比較例1(LTO粒子のみ)より抵抗が低くなることが確認された。ここで、比較例2(TNO粒子のみ)は、比較例1(LTO粒子のみ)より抵抗が高いため、TNO粒子の割合が増加するほど、抵抗も増加することが予想されたが、意外にも、実施例1~4は、比較例1より抵抗が低くなることが確認された。また、比較例3では、TNO粒子の割合が多すぎたため、比較例1より抵抗が高くなったと推察される。このように、LTO粒子とともにTNO粒子を用い、さらに、LTO粒子の割合を所定の範囲にすることで、抵抗の低減を図ることができた。 As shown in Table 1 and FIG. 5, it was confirmed that Examples 1 to 4 had lower resistance than Comparative Example 1 (LTO particles only). Here, since Comparative Example 2 (TNO particles only) has a higher resistance than Comparative Example 1 (LTO particles only), it was expected that the resistance would increase as the proportion of TNO particles increased, but unexpectedly It was confirmed that Examples 1 to 4 had lower resistance than Comparative Example 1. Furthermore, it is presumed that in Comparative Example 3, the resistance was higher than in Comparative Example 1 because the proportion of TNO particles was too large. In this way, by using TNO particles together with LTO particles and by controlling the proportion of LTO particles within a predetermined range, it was possible to reduce the resistance.

1 …正極活物質層
2 …負極活物質層
3 …固体電解質層
4 …正極集電体
5 …負極集電体
10 …全固体電池
1...Positive electrode active material layer 2...Negative electrode active material layer 3...Solid electrolyte layer 4...Positive electrode current collector 5...Negative electrode current collector 10...All-solid-state battery

Claims (3)

全固体電池に用いられる負極活物質層であって、
第1負極活物質第2負極活物質および無機固体電解質を含有し、
前記第1負極活物質、前記第2負極活物質および前記無機固体電解質は、前記負極活物質層に均一に分散されており、
前記第1負極活物質は、Li Ti 12 であり、
前記第2負極活物質は、TiNb であり、
前記第1負極活物質および前記第2負極活物質の合計に対する前記第1負極活物質の割合が、40体積%以上90体積%以下である、負極活物質層。
A negative electrode active material layer used in an all-solid-state battery,
Containing a first negative electrode active material , a second negative electrode active material and an inorganic solid electrolyte ,
The first negative electrode active material, the second negative electrode active material, and the inorganic solid electrolyte are uniformly dispersed in the negative electrode active material layer,
The first negative electrode active material is Li 4 Ti 5 O 12 ,
The second negative electrode active material is TiNb 2 O 7 ,
A negative electrode active material layer, wherein a ratio of the first negative electrode active material to the total of the first negative electrode active material and the second negative electrode active material is 40 volume % or more and 90 volume % or less .
前記第1負極活物質および前記第2負極活物質の合計に対する前記第1負極活物質の割合が、50体積%以上、70体積%以下である、請求項1に記載の負極活物質層。 The negative electrode active material layer according to claim 1, wherein the ratio of the first negative electrode active material to the total of the first negative electrode active material and the second negative electrode active material is 50 volume % or more and 70 volume % or less. 正極活物質層と、負極活物質層と、前記正極活物質層および前記負極活物質層の間に配置された固体電解質層と、を有する全固体電池であって、
前記負極活物質層が、請求項1または請求項2に記載の負極活物質層である、全固体電池。
An all-solid-state battery comprising a positive electrode active material layer, a negative electrode active material layer, and a solid electrolyte layer disposed between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer,
An all-solid-state battery, wherein the negative electrode active material layer is the negative electrode active material layer according to claim 1 or 2 .
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